Тріщини глибоко в земній корі мають дивовижну здатність – вони можуть відновлюватися вже за кілька годин після певних сейсмічних подій, як показують свіжі дослідження. Йдеться про так звані повільні зсуви – це рух між двома сторонами розлому, що виникає внаслідок деформації та напруги, і відбувається він протягом днів, тижнів чи навіть місяців, а не за лічені секунди чи хвилини, як у випадку з найпотужнішими земними поштовхами. Ці події, як пояснює провідна авторка дослідження Аманда Томас – професорка геофізики з Каліфорнійського університету в Девісі – є своєрідними “тихими” землетрусами, оскільки їхнє зміщення відбувається надзвичайно повільно і не генерує сильних хвиль, які роблять звичайні підземні поштовхи вкрай небезпечними.
Аманда Томас зазначає, що повільні зсуви та звичайні коливання земної кори можуть відбуватися в одних і тих же великих системах розломів, проте вони зазвичай формуються на різних глибинах та за відмінних фізичних умов. Те, чи відбудеться повільний чи раптовий рух розлому, визначається тертям у ньому та ефективним тиском.
Вивчення Каскадії
Науковці зосередили свою увагу на повільних деформаціях, що залягають глибоко в зоні субдукції Каскадія. Це грандіозний мегарозлом, де океанічна плита Хуан-де-Фука – названа на честь грецького мореплавця, який досліджував північно-західне узбережжя Північної Америки у 16 столітті – занурюється під значно більшу Північноамериканську плиту. Каскадія відома своєю інтенсивною повільною сейсмічною активністю та оснащена винятковою мережею сейсмічного моніторингу, що робить її однією з найоптимальніших ділянок на планеті для вивчення цього явища, наголошує Томас.
Ця велетенська зона здатна викликати потужні сейсмічні струси магнітудою 8 і 9. У зонах субдукції – ділянках, де одна тектонічна плита “пірнає” під іншу, поглинаючись у мантію Землі – значні землетруси виникають у неглибоких, холодніших породах, тоді як повільні зсуви формуються глибше, де панують набагато вищі температури, тиск та вдосталь рідин.
Загадка швидкого відновлення
Повільні зсуви Каскадії мають одну незвичайну особливість – іноді вони повторно розривають одну й ту саму ділянку протягом однієї події. Всього за кілька годин один і той же фрагмент розлому може тріскати кілька разів, що свідчить як про швидке відновлення напруги, так і про процес “загоєння” між послідовними розривами. Саме це повторне відновлення активності стало однією із загадок, яку прагнуло розгадати наше дослідження, зауважує Аманда Томас. Результати цих висновків були оприлюднені 19 листопада у престижному журналі Science Advances.
Лабораторні експерименти
Оскільки глибинні шари Каскадії залишаються недоступними для прямого вивчення, дослідники вирішили відтворити в лабораторних умовах ті обставини, які, як вважається, існують у надрах зони субдукції. Вони помістили порошкоподібний кварц – один з найпоширеніших мінералів у земній корі – разом з невеликою кількістю води у срібну капсулу, імітуючи таким чином породи та підземні рідини. Після цього капсулу герметично заварили, нагріли до температури близько 500 градусів Цельсія та піддали тиску, що перевищує атмосферний у 10 000 разів, тривалістю до 24 годин.
Потім дослідники скористалися електронною мікроскопією, щоб з’ясувати, що відбулося з кварцовим порошком. Вони виявили, що мінеральні зерна зварилися разом навіть у тих зразках, які “готувалися” лише кілька годин. «Відновлення розломів значною мірою залежить від температури, тиску та наявності рідин, – пояснює Томас. – У наших експериментах ці обставини забезпечили відчутне зміцнення за кілька годин».
Висновки та перспективи
Звичайні землетруси зазвичай виникають у більш мілких шарах земної кори, тому для загоєння тріщин там потрібно значно більше часу – від років до десятиліть. «Наші результати дозволяють припустити, що той самий фундаментальний процес може діяти по всій земній корі, але часові рамки змінюються залежно від навколишнього середовища», – додала Аманда Томас.
Інша частина загадки, яку розглядає це дослідження, – як відбувається таке швидке відновлення напруги під час повільних зсувів у Каскадії. У цій зоні субдукції спостерігаються низькочастотні землетруси – це невеликі сейсмічні події, що запускаються спалахами, коли одна й та сама ділянка розривається знову і знову. Ці спалахи збігаються з циклами океанських припливів, що наводить на думку про те, що припливні зміни можуть спричинити повторний розрив розлому вже за кілька годин після його відновлення.
«У Каскадії швидке загоєння означає, що фрагменти глибокого розлому можуть достатньо швидко зміцнюватися, щоб багаторазово активуватися протягом одного циклу повільного зсуву, – зазначила Томас. – Це впливає на те, як ми моделюємо повільні зсуви та інтерпретуємо сигнали, які використовуємо для моніторингу глибоких розломів». Загоєння розломів також є важливим аспектом для розгляду в більш мілких ділянках, зокрема тих, що відомі як джерела потужних землетрусів. Процеси відновлення слід враховувати у наступному поколінні моделей, оскільки вони можуть значно покращити наше розуміння ризиків сейсмічної активності, підкреслила Аманда Томас.
